Verdampingskoeler

De meeste ontwerpen maken gebruik van het feit dat water een van de hoogst bekende verdampingsenthalpie (latente verdampingswarmte) heeft van een veel voorkomende stof. Hierdoor gebruiken verdampingskoelers slechts een fractie van de energie van dampcompressie-of absorptieairconditioningsystemen. Helaas, behalve in zeer droge klimaten, kan de eentraps (directe) koeler de relatieve vochtigheid (RH) verhogen tot een niveau dat de inzittenden ongemakkelijk maakt., Indirecte en twee-traps verdampingskoelers houden de relatieve luchtvochtigheid lager.

directe verdampingskoelingedit

directe verdampingskoeling (open circuit) wordt gebruikt om de temperatuur te verlagen en de vochtigheid van de lucht te verhogen door latente verdampingswarmte te gebruiken, waarbij vloeibaar water wordt vervangen door waterdamp. In dit proces verandert de energie in de lucht niet. Warme droge lucht wordt vervangen door koele vochtige lucht. De warmte van de buitenlucht wordt gebruikt om water te verdampen., De relatieve luchtvochtigheid neemt toe tot 70 tot 90% wat het verkoelende effect van menselijke transpiratie vermindert. De vochtige lucht moet voortdurend naar buiten worden gebracht, anders raakt de lucht verzadigd en stopt de verdamping.

een mechanische koeler met directe verdamping gebruikt een ventilator om lucht te zuigen door een bevochtigd membraan, of pad, dat een groot oppervlak biedt voor de verdamping van water in de lucht. Aan de bovenkant van de pad wordt water gespoten, zodat het in het membraan kan druppelen en het membraan voortdurend verzadigd blijft., Overtollig water dat uit de bodem van het membraan druppelt wordt verzameld in een pan en gerecirculeerd naar de bovenkant. Eentraps directe verdampingskoelers zijn meestal klein omdat ze alleen bestaan uit het membraan, de waterpomp en de centrifugale ventilator. Het mineraalgehalte van de gemeentelijke watervoorziening zal schilfering op het membraan veroorzaken, wat zal leiden tot verstopping over de levensduur van het membraan. Afhankelijk van dit mineraalgehalte en de verdampingssnelheid is regelmatige reiniging en onderhoud nodig om optimale prestaties te garanderen., Over het algemeen moet de toevoerlucht van de eentraps verdampingskoeler direct worden uitgeput (one-through flow) omdat de hoge luchtvochtigheid van de toevoerlucht. Er zijn enkele ontwerpoplossingen ontworpen om de energie in de lucht te gebruiken, zoals het richten van de afvoerlucht door twee platen van dubbele beglazing, waardoor de zonne-energie die door de beglazing wordt geabsorbeerd, wordt verminderd. In vergelijking met de energie die nodig is om de equivalente koelbelasting met een compressor te bereiken, verbruiken eentraps verdampingskoelers minder energie.,

passieve directe verdampingskoeling kan overal plaatsvinden waar het verdampingsgekoelde water een ruimte kan koelen zonder de hulp van een ventilator. Dit kan worden bereikt door het gebruik van fonteinen of meer architectonische ontwerpen, zoals de verdampende downdraft koeltoren, ook wel een “passieve koeltoren”genoemd. Het passieve koeltorenontwerp zorgt ervoor dat buitenlucht naar binnen stroomt door de bovenkant van een toren die in of naast het gebouw is gebouwd. De buitenlucht komt in contact met water in de toren, hetzij door een bevochtigd membraan of een mister., Als water verdampt in de buitenlucht, wordt de lucht koeler en minder drijvend en creëert een neerwaartse stroming in de toren. Aan de onderkant van de toren, een uitlaat laat de koelere lucht in het interieur. Net als mechanische verdampingskoelers kunnen torens een aantrekkelijke energiezuinige oplossing zijn voor warm en droog klimaat, omdat ze alleen een waterpomp nodig hebben om water naar de top van de toren te tillen.Energiebesparing door het gebruik van een passieve directe verdampingskoelingsstrategie hangt af van de klimaat-en warmtebelasting., Voor droge klimaten met een grote nat-bol depressie, koeltorens kunnen zorgen voor voldoende koeling tijdens de zomer ontwerpomstandigheden netto nul. Zo kan een winkel van 371 m2 in Tucson, Arizona met een redelijke warmtewinst van 29,3 kj/h (100.000 Btu/h) volledig worden gekoeld door twee passieve koeltorens met 11890 m3/h (7.000 cfm) elk.

Voor het Zion National Park visitors ‘ center, dat twee passieve koeltorens gebruikt, was de koelenergie-intensiteit 14,5 MJ/m2 (1,28 kBtu / ft;), wat 77% minder was dan een typisch gebouw in het westen van de Verenigde Staten dat 62 gebruikt.,5 MJ / m2 (5,5 kBtu/ft2). Een studie van de prestaties in het veld in Koeweit bleek dat de energie-eisen voor een verdampingskoeler ongeveer 75% lager zijn dan de energie-eisen voor een conventionele airconditioner.

indirecte verdampingskoelingedit

indirecte verdampingskoeling (gesloten circuit) is een koelproces waarbij gebruik wordt gemaakt van directe verdampingskoeling naast een warmtewisselaar om de koele energie naar de toevoerlucht over te brengen., De gekoelde vochtige lucht uit het directe verdampingskoelingsproces komt nooit in direct contact met de geconditioneerde toevoerlucht. De vochtige luchtstroom wordt buiten vrijgegeven of gebruikt om andere externe apparaten zoals zonnecellen te koelen die efficiënter zijn als ze koel worden gehouden. Dit wordt gedaan om overtollige luchtvochtigheid in gesloten ruimtes, die niet geschikt is voor residentiële systemen te voorkomen.

maisotsenko cycleEdit

Eén indirecte koelerfabrikant gebruikt de maisotsenko-cyclus (m-cyclus), vernoemd naar uitvinder en Professor Dr., Valeriy Maisotsenko, maakt gebruik van een iteratieve (multi-step) warmtewisselaar gemaakt van een dun recyclebaar membraan dat de temperatuur van het product lucht kan verminderen tot onder de natte bol temperatuur, en kan het dauwpunt benaderen.

het systeem heeft een zeer hoog rendement, maar wordt, net als andere verdampingskoelsystemen, beperkt door de luchtvochtigheid, waardoor de toepassing ervan voor residentieel gebruik beperkt is. Het kan worden gebruikt als aanvullende koeling in tijden van extreme hitte zonder dat het een aanzienlijke extra belasting op de elektrische infrastructuur legt., Als een locatie heeft overtollige watervoorziening of overtollige ontziltingscapaciteit kan worden gebruikt om overmatige elektrische vraag te verminderen door gebruik te maken van water in betaalbare m-cyclus eenheden. Vanwege de hoge kosten van conventionele airconditioning-eenheden en de extreme beperkingen van veel elektrische nutssystemen, kunnen M-cyclus units de enige geschikte koelsystemen zijn die geschikt zijn voor verpauperde gebieden in tijden van extreem hoge temperaturen en hoge elektrische vraag., In ontwikkelde gebieden kunnen ze dienen als aanvullende back-upsystemen in geval van elektrische overbelasting en kunnen ze worden gebruikt om de efficiëntie van bestaande conventionele systemen te verhogen.

de M-cyclus is niet beperkt tot koelsystemen en kan worden toegepast op verschillende technologieën, van Stirlingmotoren tot atmosferische watergeneratoren. Voor koeltoepassingen kan het worden gebruikt in zowel cross flow-als contraflowconfiguraties., Tegenstroom bleek lagere temperaturen te verkrijgen die beter geschikt zijn voor koeling in huis, maar cross flow bleek een hogere prestatiecoëfficiënt (COP) te hebben, en is daarom beter voor grote industriële installaties.

In tegenstelling tot traditionele koeltechnieken blijft de COP van kleine systemen hoog, omdat hiervoor geen hefpompen of andere apparatuur voor koeltorens nodig zijn. Een 1,5 ton / 4,4 kw koelsysteem vereist slechts 200 Watt voor de werking van de ventilator, waardoor een COP van 26,4 en een EER rating van 90., Dit houdt geen rekening met de energie die nodig is om het water te zuiveren of te leveren, en is strikt de kracht die nodig is om het apparaat te laten draaien zodra water wordt geleverd. Hoewel ontzilting van water ook kosten met zich meebrengt, is de latente hitte van verdamping van water bijna 100 keer hoger dan de energie die nodig is om het water zelf te zuiveren. Bovendien heeft het apparaat een maximale efficiëntie van 55%, dus de werkelijke COP is veel lager dan deze berekende waarde., Echter, ongeacht deze verliezen, de effectieve COP is nog steeds aanzienlijk hoger dan een conventioneel koelsysteem, zelfs als water eerst moet worden gezuiverd door ontzilting. In gebieden waar water in geen enkele vorm beschikbaar is, kan het worden gebruikt met een droogmiddel om water terug te winnen met behulp van beschikbare warmtebronnen, zoals thermische zonne-energie.

theoretisch ontwerpedit

in het nieuwere maar nog in de handel te brengen “cold-SNAP” ontwerp van Harvard ‘ s Wyss Institute, een 3D-geprinte Keramiek geleidt warmte, maar is half bekleed met een hydrofoob materiaal dat dient als een vochtbarrière., Hoewel er geen vocht wordt toegevoegd aan de inkomende lucht, stijgt de relatieve vochtigheid (RH) wel een beetje volgens de temperatuur-RH formule. Toch laat de relatief droge lucht als gevolg van indirecte verdampingskoeling het transpiratievermogen van de bewoners gemakkelijker verdampen, waardoor de relatieve effectiviteit van deze techniek toeneemt. Indirecte koeling is een effectieve strategie voor warm-vochtige klimaten die het zich niet kunnen veroorloven om het vochtgehalte van de toevoerlucht te verhogen als gevolg van de kwaliteit van de binnenlucht en zorgen voor menselijk thermisch comfort.,

passieve indirecte verdampingskoelingsstrategieën zijn zeldzaam omdat deze strategie een architectonisch element omvat dat als warmtewisselaar fungeert (bijvoorbeeld een dak). Dit element kan worden besproeid met water en gekoeld door de verdamping van het water op dit element. Deze strategieën zijn zeldzaam vanwege het hoge gebruik van water, wat ook het risico van waterinbraak en afbreuk doet aan de bouwstructuur introduceert.,

hybride ontwerpedit

tweefasige verdampingskoeling, of indirect-directEdit

in de eerste fase van een tweefasige koeler wordt warme lucht indirect voorgekoeld zonder vochtigheid toe te voegen (door binnen een warmtewisselaar te gaan die wordt gekoeld door verdamping aan de buitenkant). In de directe fase gaat de voorgekoelde lucht door een met water doordrenkte pad en neemt de vochtigheid op als deze afkoelt. Omdat de luchttoevoer in de eerste fase wordt voorgekoeld, wordt in de directe fase minder vochtigheid overgebracht om de gewenste koeltemperaturen te bereiken., Het resultaat, volgens fabrikanten, is koelere lucht met een relatieve luchtvochtigheid tussen 50-70%, afhankelijk van het klimaat, in vergelijking met een traditioneel systeem dat ongeveer 70-80% relatieve luchtvochtigheid in de geconditioneerde lucht produceert.

Evaporative + conventional backupEdit

in een ander hybride ontwerp is directe of indirecte koeling gecombineerd met dampcompressie-of absorptieluchtconditionering om het totale rendement te verhogen en / of de temperatuur onder de natte bolgrens te verlagen.,

MaterialsEdit

traditioneel bestaan evaporative cooler pads uit excelsior (aspen houtvezel) in een insluitingsnet, maar modernere materialen, zoals sommige kunststoffen en melaminepapier, komen in gebruik als koelmiddel. Moderne stijve media, meestal 8″ of 12″ dik, voegt meer vocht toe, en koelt zo lucht meer dan meestal veel dunnere aspen media. Een ander materiaal dat soms wordt gebruikt is golfkarton.,

ontwerpaanbeveling

watergebruik

in droge en semi-aride klimaten maakt de schaarste van water waterverbruik een zorg in het ontwerp van koelsystemen. Van de geïnstalleerde watermeters werd in 2002 420938 L (111.200 gal) water verbruikt voor de twee passieve koeltorens in het bezoekerscentrum van het Zion National Park., Dergelijke problemen worden echter aangepakt door deskundigen die opmerken dat Voor de opwekking van elektriciteit gewoonlijk een grote hoeveelheid water nodig is en verdampingskoelers veel minder elektriciteit gebruiken, en dus over het geheel genomen vergelijkbaar water en kosten minder in vergelijking met chillers.

schaduwen

toestaan van directe blootstelling aan de zon aan de media pads verhoogt de verdampingssnelheid. Zonlicht kan echter sommige media degraderen, naast het opwarmen van andere elementen van het verdampingskoelingsontwerp. Daarom is arcering raadzaam in de meeste toepassingen.,

mechanische systeembedit

behalve ventilatoren die worden gebruikt in mechanische verdampingskoeling, zijn pompen het enige andere stuk mechanische apparatuur dat nodig is voor het verdampingskoelingsproces in zowel mechanische als passieve toepassingen. Pompen kunnen worden gebruikt voor het recirculeren van het water naar de natte media pad of het leveren van water bij zeer hoge druk aan een mister-systeem voor een passieve koeltoren. Pomp specificaties variëren afhankelijk van verdampingssnelheden en media pad gebied. Het bezoekerscentrum van het Zion National Park gebruikt een 250 W (1/3 pk) pomp.,

uitlaten

uitlaten en / of open ramen moeten te allen tijde worden gebruikt om de lucht voortdurend uit de ruimte met airconditioning te laten ontsnappen. Anders ontstaat er druk en kan de ventilator of ventilator in het systeem niet veel lucht door de media en in de airconditioned ruimte duwen. Het verdampingssysteem kan niet functioneren zonder de continue toevoer van lucht van de airconditioning naar buiten uit te putten., Door de plaatsing van de gekoelde luchtinlaat te optimaliseren, samen met de indeling van de doorgangen van het huis, gerelateerde deuren en kamerramen, kan het systeem het meest effectief worden gebruikt om de gekoelde lucht naar de gewenste gebieden te leiden. Een goed ontworpen lay-out kan effectief de hete lucht uit de gewenste gebieden afvoeren en verwijderen zonder de noodzaak van een boven het plafond geleidingssysteem. Continue luchtstroom is essentieel, dus de uitlaatramen of ventilatieopeningen mogen het volume en de doorgang van lucht die door de verdampingskoelmachine wordt geïntroduceerd niet beperken., Men moet ook rekening houden met de windrichting van buiten, omdat bijvoorbeeld een sterke hete zuidenwind de uitgeputte lucht van een raam op het zuiden zal vertragen of beperken. Het is altijd het beste om de benedenwinds vensters open te hebben, terwijl de benedenwinds vensters gesloten zijn.